模块2变压器课件讲解

本模块主要讲述在电力系统中作输、配电用的电力变压器，对特殊用途的变压器作简单介绍。变压器是利用电磁感应原理，把一种等级的电压、电流的交流电能，变为同频率的另一种等级电压、电流的交流电能的静止设备。在电力系统中，利用升压变压器将电能经济地输送到用电地区，再用降压变压器把电压降低，以供用户使用。此外，变压器在电能的测试、控制和特殊用电设备中也应用很广。

专题2.1变压器的结构和工作原理教学目标:1）了解变压器的作用和分类；2）掌握变压器的结构及工作原理；3）掌握变压器的铭牌意义。2.1.1变压器的作用和分类变压器也可以称为一种静止的电机（电磁装置），它利用电磁感应原理将一种电压、电流的交流电转化为同频率的另一种或两种以上电压、电流的交流电。换句话说，变压器是一种实现电能在不同等级之间转换的装置。1.变压器的作用变压器用途极为广泛，在电力系统中，变压器是电能输配的主要电气设备，如满足远距离高压输电的升压变压器，为满足负载用电要求的降压变压器。另外，在电子线路中，变压器还用来耦合、传递信号，并进行阻抗匹配。变压器一般只用于交流电路，它的作用是传递电能，而不能产生电能。

2.变压器的分类根据用途不同可分为：(1)电力变压器。供输配电系统中升压或降压用的变压器，这种变压器在工矿企业中用得最多，是常见而又十分重要的电气设备，有单相和三相之分。(2)特殊电源用变压器。如电炉变压器、电焊变压器和整流变压器。(3)仪用互感器。供测量和继电保护用的变压器，如电压互感器和电流互感器。(4)试验变压器。供电气设备作耐压试验用的变压器，如做高压实验的高压变压器。(5)调压器。能均匀调节输出电压的变压器。(6)控制用变压器。用于自动控制系统中的小功率变压器。2.1.2变压器的基本结构一般的电力变压器由铁芯、绕组及其附件组成。其中三相油浸式电力变压器的结构和外形如图2-1所示。

1—信号式温度计；2—吸湿器；3一储油柜；4一油标；5一安全气道；6一气体继电器；7一高压套管；8一低压套管；9一分接开关；10一油箱；11—铁心；12—线圈；13—放油阀门14—铭牌；15—小车；16—接地板图2-1油浸式电力变压器外形图在分析变压器的结构时，我们常把它画成结构简图，如单相变压器结构示意图如图2-2所示，其中图2-2(a)为单相双绕组变压器的结构示意图，图2-2(b)为切面示意图。

(a)单相双绕组变压器(b)变压器切面示意图图2-2单相变压器的结构示意图1.铁芯铁芯构成了变压器的磁路，同时又是套装绕组的骨架。铁芯由铁芯柱和铁轭两部分构成。铁芯柱上套绕组，铁轭将铁芯柱连接起来形成闭合磁路。为了提高磁路的导磁性能，减小交变磁通引起的磁滞损耗和涡流损耗，一般用高磁导率的铁磁性材料——硅钢片叠成。其厚度为0.35～0.5mm，两面涂以厚0.02～0.23mm的绝缘漆，使片与片之间绝缘。根据绕组与铁芯配置方式的不同，变压器铁芯的结构通常分为芯式和壳式两种。芯式变压器的绕组包围着铁芯，如图2-3(a)所示。壳式变压器的铁芯围绕着绕组，如图2-3(b)所示。芯式变压器的结构简单，大多电力变压器采用芯式结构。图2-3中，铁芯上套装绕组的部分叫做铁芯柱，连接铁芯柱构成磁路的部分叫做铁轭。变压器铁芯一般都采用交迭式迭装，相交迭至规定的厚度，然后用穿过铁芯的螺栓夹紧。这种方法装配和拆卸、检修较费时间，但因接缝相互错开，气隙很小，磁阻较小，可减小空载励磁电流，因而被广泛采用。(a)芯式变压器(b)壳式变压器图2-3单相变压器的结构

(a)小容量变压器铁芯截面(b)较大容量变压器铁芯截面(c)大容量变压器铁芯截面图2-4铁芯柱的截面

小容量变压器的铁芯柱截面一般为矩形，如图2-4(a)所示，容量较大的变压器铁芯截面做成内接圆的阶梯形，如图2-4(b)所示。容量越大，阶梯数越多，这样可以充分利用绕组内的圆形空间，增大铁芯柱的有效截面。铁轭的截面一般为矩形，较大容量变压器做成级数较少的阶梯形。

2.绕组绕组是变压器的电气部分，一般用绝缘铜或铝导线绕制而成。绕组的作用是作为电气的载体，产生磁通和感应电动势。接高压电网的称为高压绕组；接低压电网的称为低压绕组。从高、低压绕组的相对位置来看，变压器的绕组又可分为同芯式、交迭式两种。同芯式绕组布置方式如图2-5(a)所示，低压与高压绕组在同一铁芯柱上同心排列，一般低压绕组在内，高压绕组在外。绕组与绕组、绕组与铁芯间用电木纸或钢纸板做成的圆筒绝缘。交迭式绕组布置方式如图2-5(b)所示，把高低压绕组分成几部分，使高压绕组和低压绕组沿铁芯柱高度交错地套装在铁芯柱上。这种布置方式结构比较牢固，但绝缘比较复杂，所以只适用于电炉变压器。我国电力变压器一般都采用芯式。同芯式绕组(b)交迭式绕组图2-5高低压绕组在铁芯柱上的布置方式2.1.3变压器的工作原理变压器是传送交流电能的一种电气设备，它通过磁路的耦合作用将交流电从原边送到副边，利用原边和副边绕组匝数的不同，使副边输出的电压和电流等级与原边的不一样。单相变压器的原理图如图2-6所示，它由一个铁芯和两个独立绕组组成。铁芯构成变压器的磁路部分，绕组构成变压器的电路部分。接交流电源的绕组称为原绕组，输入电能；接负载的另一绕组称为副绕组，输出电能。原绕组的电压、电流、阻抗和功率等量，叫做原边量，常用下角标1表示，副绕组的各量叫副边量，以下角标2表示。因此，原边又称为一次侧，副边称为二次侧。图2-6单相变压器的工作原理示意图在变压器原边加上交流电压，原边绕组中产生交流电流，这个电流在铁芯中建立交变磁通Φ，该交变磁通与一、二次绕组交链，在两绕组中感应出交变的感应电动势，二次绕组有了感应电动势，如果接上负载，便可以向负载供电，传输电能，实现了能量从一次侧到二次侧的传递。

其中，两绕组感应电动势的大小分别为（2-1）

（2-2）

式中，、分别为原、副绕组的匝数。忽略变压器绕组内部压降不计，原、副边电压之比为（2-3）

由上可知，变压器原、副边电压之比等于绕组的匝数比。调节原、副绕组的匝数，就可以把原边交流系统转变为不同电压的副边交流系统。2.1.4变压器的铭牌变压器的箱体表面都镶嵌有铭牌，主要包含两方面的内容。1.变压器型号按照国家规定要求，变压器的型号由汉语拼音字母和数字组成，表明变压器的系列和规格。表示方法为：2.变压器的铭牌数据（1）额定容量。额定容量是指额定工作状态下输出的视在功率，单位为VA或KVA。对于双绕组电力变压器，原绕组与副绕组的容量应该相等。三相变压器的额定容量是指三相总视在功率。（2）额定电压。额定电压是指变压器绕组外加电压最大值。额定电压是指原绕组加上额定电压时副绕组的空载电压，单位为V或KV。对于三相变压器，额定电压指线电压。（3）额定电流。额定电流指变压器原、副绕组长期工作允许通过的最大电流值，单位为A。对于三相变压器，额定电流指线电流值。额定容量、额定电压、额定电流三者的关系有：对于单相变压器，

对于三相变压器，

(4)额定频率。我国规定标准工业用电的频率为50Hz。除上述额定值外，铭牌上还标明了温升、联接组、阻抗电压等。【例2-1】有一台D-50/10单相变压器，，试求变压器原、副线圈的额定电流？解：原线圈的额定电流

副线圈的额定电流

项目2.2单相变压器的空载运行及其参数测定教学目标:1）了解单相变压器空载运行的定义及运行原理；2）掌握单相变压器空载运行时的电磁关系；3）掌握单相变压器空载运行时的参数测定方法。2.2.1项目简介等是单相变压器的重要参数，这些参数体现了变压器的性能。通过测试参数可以发现磁路的局部或整体缺陷；检查绕组匝间、层间绝缘是否良好，铁芯硅钢片间绝缘状况和装配质量等。同时，对变压器的经济运行具有积极作用。

2.2.2项目相关知识单相变压器的空载运行，是指变压器原边加额定电压，副边开路时的运行状态。空载运行是负载运行的一种特殊情况，它的运行理论是负载运行理论的基础。由于副边电流为零，对原边没有影响，所以原边实际上是一个有铁芯的电感电路。在变压器原边加上交变电压，绕组中产生交变电流，铁芯中有交变的磁场，磁场又在原、副绕组中产生感应电动势，各电磁量均标注于图2-7中。图2-7单相变压器的空载运行1.空载运行时的磁场

如上图所示，变压器的原绕组匝数为，副绕组匝数为。当原边接上电源电压，副边开路时，原绕组中便有空载电流流过，建立空载磁动势。在空载磁动势的作用下，磁路中产生交变磁通，因此空载磁动势又叫做励磁磁势，空载电流又叫励磁电流。产生的交变磁通分为两部分：一部分同时交链着原绕组和副绕组，称为主磁通，用表示；另一部分经由原绕组周围的空气或变压器油只与原绕组交链的磁通，称为原绕组的漏磁通，用表示。主磁通通过的路径称为主磁路，铁芯就是变压器的主磁路。漏磁通通过的路径称为漏磁路，主要由铁芯和变压器油（或空气）构成。与主磁路的磁阻相比较，漏磁路磁阻数值要大得多。所以在同一励磁磁势作用下，空载运行时主磁通的数值大大超过原绕组漏磁通，一般只有的千分之几。2.空载运行时的电磁关系电源电压是频率为50Hz的正弦交流电压，因此励磁电流、主磁通及原绕组漏磁通都是频率为50Hz的正弦交流量。根据电磁感应定律可知，主磁通在原绕组中的感应电势为，在副绕组中感应电势为；原绕组漏磁通在原绕组中感应电势为，副绕组的端电压为，各电磁量的参考方向如图2-7所示。此外，空载电流还在原边绕组电阻上形成一很小的电压降。

（1）空载电流。空载电流的大小与铁芯的材料、要求额定磁通的大小有关。由于变压器的铁芯采用高磁化能力、低损耗的硅钢片叠压而成，因此空载电流很小，一般只占原边额定电流的4%～10%，甚至更低。交变磁通在铁芯中产生涡流，同时又使铁磁材料中的磁畴随磁场方向的交变而运动，致使铁芯发热，将消耗一部分能量。通常，我们把这两种电能损耗分别称为涡流损耗和磁滞损耗，统称为空载损耗或铁芯损耗(简称铁耗)。由此可见，空载电流的作用有两个：一是产生交变磁通，使铁芯磁化，这一部分电流分量称为磁化电流分量，用表示，它是空载电流的无功分量，与的相位相同，滞后的角度为90°，另一个作用是产生铁芯损耗，使铁芯发热，这一部分电流分量称为铁耗电流分量，用表示，它是空载电流的有功分量，与（或-）同相。空载电流相量如图2-8所示。

图2-8空载电流相量图

所以电流的相量关系为一般来讲，磁化电流分量比铁耗电流分量大10倍左右，，这就说明变压器空载时功率因素很低。因此，空载的变压器使电力系统的功率因素大大降低。如果忽略铁芯损耗，则，与同相，此种变压器称为理想变压器。

（2）感应电动势。设主磁通，根据电磁感应定律，可得原、副边绕组中的感应电动势分别为式中，分别为原、副绕组电动势的最大值，他们的有效值分别为：可以看出，变压器绕组中感应电动势的大小与电源的频率、绕组匝数和主磁通最大值三者乘积成正比，相位上滞后主磁通90°，用复数表示为同理可得漏磁感应电动势式中，为原绕组的漏电感；为原绕组的漏电抗。

由于漏磁磁路主要由非磁性介质组成，可近似看成是线性磁路，其磁阻及漏电感和漏电抗也可以近似认为是常数。因此，漏磁感应电动势可以看成是漏电抗上的压降。

3.空载时电动势平衡方程式变压器空载运行时，电路上原绕组和副绕组分别构成两个回路，可列出两个回路方程。根据基尔霍夫第二定律，可得原绕组电动势平衡方程式式中为原绕组漏阻抗，为一常数。由此可见，电源电压由两部分平衡，一部分是阻抗为的空心绕组两端的电压，反映变压器原绕组电阻和漏磁通作用的空心绕组，它的阻抗由变压器一次漏阻抗决定。另一部分是-，可表示铁芯电感绕组两端的电压，反映主磁通作用的铁芯绕组，其阻抗为励磁阻抗，即

式中,称为励磁阻抗。其中，是对应主磁通的电抗,是反映铁芯损耗的等效电阻。

通常情况下，。与铁芯饱和程度有关，但变压器的外加电压通常是一定的，在正常的工作范围内，主磁通基本不变，铁芯的饱和程度也基本不变，在这个条件下，可以看做是一个常量。由于副边没有电流，则副绕组电动势平衡方程式为：

4．空载时的等效电路由上述分析可知，变压器空载运行时可等效成一个简单的交流电路，如图2-9所示。

a)变压器空载运行电路图b)等效电路图图2-9空载变压器的等效电路图2.2.3项目的实现由上可知，单相变压器空载运行时可产生一系列物理现象，引起相关物理量的变化，变压器等效电路中的，，等称为变压器的参数。只有知道变压器的各阻抗参数，才可绘出等效电路，运用等效电路进行分析和计算变压器的运行特性。而这些参数我们可以通过空载试验测得。空载试验的电路图如图2-10所示。一般地，为方便测量仪表的选用，并确保试验安全，空载试验常在低压边进行。即将高压侧开路，在低压边施加额定电压，同时，为了避免流经电压表和功率表电压线圈的电流读入电流表内，从而影响相对数值较小的空载电流的准确度，所以应将电流表紧靠被测绕组连接。

，，

由电流表、电压表和功率表分别可测的一组互相对应的空载电流，外施电压和空载损耗。在电力变压器中，通常由于，，故可近似地认为空载时的总阻抗，于是，便可计算出励磁回路的参数。图2-10单相变压器的空载试验连接图应当指出：(1)由于，与磁路的饱和程度有关，故不同电压下测出的，数值不同，为了测的额定运行时的励磁阻抗，需使；(2)对于三相变压器，、和均应以每相值来计算；(3)由于空载试验是在低压测进行的，故测得的励磁参数是低压侧的数值。如需得到高压测的数值，还需将数据进行一次折算。关于折算的内容，有兴趣的同学可自行查阅相关参考文献。专题2.4变压器的运行特性教学目标:1）了解变压器电压外特性及功率关系；2）掌握变压器电压变化率的表示方法；3）掌握变压器的效率运算公式。变压器的运行特性是指变压器带负载运行时输出电压等各物理量随负载变化而变化的规律。2.4.1外特性变压器带负载运行时，变压器就是负载的电源，由于其内部存在电阻和漏电抗，负载电流流过时内部将产生漏阻抗压降，使变压器的输出电压随负载大小的变化而发生变化。

当变压器的输出电压及负载功率因数一定时，副边端电压随副边电流变化而变化的曲线称为变压器的外特性，如图2-14所示，外特性直观反映了变压器输出电压随负载电流变化的趋势。由图可见，变压器带电容性负载运行时，随的增大而增大（容性负载减小了无功电流分量）；带电阻性和电感性负载运行时，随的增大而减小，随变化而变化的程度大小可以用电压变化率来表示。图2-14变压器的外特性当变压器原边接额定电压、副边开路时，副边的端电压就是副边的额定电压,带上负载以后，副边电压与空载时电压存在一个差值，这一差值与额定电压的比值称为电压变化率或电压调整率，用表示。即一般情况下，在=0.8左右时，额定负载的电压变化率为5%左右。2.4.2效率特性1.功率关系变压器是传递电能的设备，在能量传递过程中，变压器本身存在损耗。根据能量守恒定律，变压器副边输出的有功功率等于原边输入的有功功率减去总的有功功率损耗，即。此外，功率损耗里包括两个损耗，即

（1）铁损耗。铁芯中的磁滞损耗和涡流损耗统称为铁损耗。在空载和负载运行时铁芯中的主磁通基本不变，因此，变压器负载运行时的铁损耗等于空载时的铁芯损耗，即

（2）铜损耗。变压器负载运行时原、副绕组中都有电流流过，因此，绕组导线上将产生损耗，这一损耗称为铜损耗。原、副绕组上均存在铜损耗，即

变压器额定负载运行时的铜损耗近似等于短路损耗，而任意负载下的铜损为

式中，，为负载系数。可以看出，变压器从电源吸收的有功功率，扣除铁损及铜损的剩余部分就是变压器输出的有功功率，这一有功功率也就是负载上消耗的功率。所以变压器的能量传递可以用图2-15来形象描述。图2-15变压器能量传递图2．效率变压器的效率等于输出有功功率与输入有功功率比值的百分数，即将各量代入，可得

上式表明，变压器的效率随负载系数变化而变化，又由于,因此，变压器效率亦随负载电流变化而变化，其变化曲线称为变压器的效率特性，如图2-16。从效率特性看出，负载较小时，效率以较大的速度随负载的增加而增加；负载过大时，效率随负载的增加而减小。由于负载较小时，输出功率小，损耗占的比例大，故效率低；随着输出功率的增大，损耗占的比例相对减小，效率提高；但当负载过大时，由于铜损耗是随电流的平方增大的，因此铜损耗急剧增大，使效率开始下降。效率有一个最大值，常用表示。一般当β＝0.5～0.7时，效率达到最大值。图2-16变压器的效率特性项目2.5三相变压器教学目标：1）了解三相变压器的磁路系统；2）掌握三相变压器连接方法；3）掌握三相变压器连接组别的判定。

2.5.1项目简介三相变压器可以用三个单相变压器组成，这种三相变压器称为三相变压器组。从运行原理来看，三相变压器在对称负载下运行时，各相电压、电流大小相等，相位上彼此相差，就其一相来说，和单相变压器没有区别。因此单相变压器的基本方程式及运行特性的分析方法与结论完全适用于三相变压器。现在三相变压器用途非常广泛，它的联接方式和极性判断就显得尤为重要，本项目着重分析三相变压器的联接方法和联接组别的判定。2.5.2项目的相关知识1.三相变压器的磁路系统三相变压器可以用一个由三个相同的单相变压器通过一定方式联接组成三相变压器组,如图2-17所示，也可以将三相绕组同装在一个铁芯上，组成三相芯式变压器，如图2-18所示。图2-17三相变压器组因为三相变压器组是由三个同样的单相变压器组合而成的，它的磁路特点是三相磁通各有自己单独的磁路。当外加电压为三相对称电压时，则三相铁芯磁通也一定是对称的，如图2-17所示。如果三个铁芯的材料和尺寸完全一样，即三相磁路的磁阻相等，那么按照磁路的欧姆定律，三相磁势或建立该磁势的三相空载电流也是对称的。这里我们重点分析三相芯式变压器的磁路，它是由三相变压器组演变而来的。把组成变压器组的三个单相变压器的铁芯按图2-18（a）所示的位置靠拢在一起，通过中间铁芯柱的磁通为三相磁通的合成，及

在对称的情况下，

=0

即中间芯柱在任何瞬间的磁通等于零，可以省掉这个芯柱，如图2-18（b）所示，再缩短B相磁轭的长度，将B相往里收缩；然后将A相和C相的铁芯间角度由120度变为180度，使三个铁芯柱排列在同一个平面上，如图2-18（c）所示。目前用的较多的是三相芯式变压器，因它具有需消耗材料少、效率高、占地面积小、维护简单等优点。但在大容量的巨型变压器中以及运输条件受限制的地方，为了便于运输及减少备用容量，往往采用三相组式变压器。图2-18三相芯式变压器的磁路由图2-18(c)可见，三相芯式变压器的磁路是连在一起的，其特点是各相磁通都以另外两相的磁路作为自己的回路。因为中间B相磁路比两边A相和C相短，即B相磁阻较小，由磁路欧姆定律可知，B相磁势就比其他两相小，而三相绕组匝数一样多，所以B相的空载电流就比其他两相的小。

但由于空载电流只占额定电流的百分之几(中小型约为5%左右，大型约在3%以下)，所以空载电流的不对称对变压器运行的影响很小，可以不考虑。在工程上取三相空载电流的平均值作为空载电流值，即

2.变压器的联接方式和联接组别（1）变压器绕组的标记和极性

变压器绕组的首端常用A、B、C，a、b、c标记，而其末端则用X、Y、Z，x、y、z标记，其中大写字母用于高压绕组，小写字母用于低压绕组。当三相绕组接成星形具有中线联接时，高压和低压方面的中点分别用N和n表示。由于单相变压器的原、副绕组是绕在同一个铁芯柱上的，它们被同一主磁通所交链。当主磁通交变时，在原、副绕组中感应的电势有一定的极性关系。即任一瞬间，一个绕组的某一端点的电位为正时，另一绕组必有一个端点的电位也为正。这两个对应的同极性的端点称为同极性端，也称为同名端，在对应的两个端点旁边加一黑点“•”来表示。同极性端可能在绕组的相同端，也可能在绕组的不同端。（2）单相变压器的联接组别

所谓变压器的联接组别，就是把高、低压侧绕组的联接法以及高、低压侧电压（电动势）之间的相位关系，用符号表示出来。首先研究单相变压器的联接组别，因为它是三相变压器联接组别的基础

单相变压器绕组的首端与末端有两种不同的标法，随着标法的不同，所得原、副绕组电压之间的相位差也不同。一种是将原、副绕组的同极性端（即同名端）都标为首端（或末端），这时原、副绕组电压与同相位（必须注意，电压的正方向均规定从首端到末端），用I，I12(或I/I-12)表示，其中I，I（或I/I）表示原、副边都是单相绕组，12表示连线的组别。其含义如图2-19（a）所示，若将与分别看作时钟的分针与时针，则相量图中所表示的点数为12点整。另一种标法是把原、副绕组的不同极性端点标为首端（或末端），这时与方向相差180°，用I，I6(或I/I-6)表示，也就是说其联接组的组别为6。如图2-19（b）所示，相量图中与表示的点数为6点。图2-19单相变压器原、副边电动势关系（3）三相绕组的联接方式三相绕组常用的联接方式有两种。①星形(Y)联接法。它的绕组联接和相电压的相量如图2-20(a)所示。图中以表示的正方向，同理，有向线段，分别表示相电压、的正方向。②三角形(D)联接法。这种接法又可分为两种：一是按AX-CZ-BY的顺序连接，如图3-23(b)所示；另一种按AX-BY-CZ的顺序连接，如图3-23(c)所示。图2-20三相变压器的联接方式（4）三相变压器的联接组别

三相变压器的联接组别不仅与线圈的绕法和绕组同名端有关，还与三相绕组的联接方式有关。由于三相变压器的三个绕组可采用不同的联接方式，使得原、副绕组中的线电压具有不同的相位差。因此按原、副边线电压的相位关系，把三相变压器绕组的联接分成各种不同的联接组别。对于三相绕组，无论采用哪种联接方式，原、副边线电压的相位差总是的倍数。因此，采用时钟表面上的12个数字来表示这种相位差。这种表示法称为时针法，即把高压边线电压的相量作为钟表上的长针，始终指着12，而以低压边线电压的相量作为短针，它所指的数字即表示三相变压器的联接组别。①Y，y联接组a.Y，y12。如图2-21所示为Y，y联接的三相变压器，原、副绕组的同极性端为首端，这时与单相变压器一样，原、副绕组对应各相的相电压同相位，因而原绕组线电压和副绕组线电压也同相位，如果把指向12点，则也指向12点，所以用Y，y12(或Y/Y-12)表示其联接组别。b.Y，y6。如图2-22所示，原边和副边是以不同极性端作为首端，相电压与方向相反，因此副边电压相量图正好与原边电压相量图相反，对应的线电压和也相差180°，因此这种接法是Y，y6(或Y/Y-6)联接组。图2-21Y，y12联接组

图2-22Y，y联连接组

c.Y，y4。如图2-23所示为Y，y4联接的三相变压器，副边三相绕组相序改变。用同样的方法画出相量图，可以看出这种情况下的线电压和有120°的相位差，这种接法是Y，y4(或Y/Y-4)联接组。

图2-23Y,y4联接组

②Y，d联接组以

Y，d11为例。如图2-24所示为Y，d11联接的三相变压器，其中原、副绕组同极性端标为首端，副绕组三角形联接次序为AX-CZ-BY。由于原、副绕组首端为同极性端，它们对应相的相电压同相位，但副绕组线电压等于相电压，因此，原绕组线电压与副绕组线电压的相位差为。指向12点，则指向11点，这种联接组别为Y，d11(或Y/△-11)。综合以上分析可以看出，通过改变绕组极性及联接方式可以得到不同的连接组。实际上，联接组可多达上百种。但从原、副边线电压之间相位差的关系来看，只有12种。Y，y联接可以得到时钟表面上偶数的联接组别，Y，d联接则得到奇数的联接组别。此外，D，d联接可以得到与Y，y联接同样的相位关系，D，y联接则得到与Y，d联接相同的相位移。

图2-24Y，d11联接组目前，在电力变压器中大都采用国际标准所规定的几种联接组别，即Y，yn0、YN，y0、Y，y0、Y，d11、YN，d11。而在同步变压器中则采用Y，y2、Y，y4、Y，y6、Y，y8、Y，y10、Y，y0、D，y1、D，y3、D，y5、D，y7、D，y9、D，y11。项目2.6变压器的并联运行教学目标：了解变压器并联运行的优点；2）掌握变压器并联运行的条件。2.6.1项目简介现代电力系统、发电厂和变电站的容量越来越大，一台变压器往往不能担负起全部容量的传输或配电任务，为此电力系统中常采用两台或多台变压器并联运行的方式。变压器并联运行，就是将变压器的原、副绕组相同标号的出线端连在一起，分别接到公共的电源母线和负载母线上，共同向负载供电。变压器并联运行具有以下优点：(1)提高供电的可靠性。并联运行的变压器，如果其中一台发生故障或检修，另外的变压器仍正常供电。(2)提高运行效率。并联运行变压器可根据负载的大小调整投入并联的台数，从而减小能量损耗。(3)减少备用容量，并可随用电量的增加，分批安装变压器，减少初次投资。当然，并联的台数过多也是不经济的，因为一台大容量变压器的造价要比总容量相同的几台小变压器的造价低，占地面积也小。可见，变压器并联运行对于电力系统具有重要的意义。本项目主要学习三相变压器投入并联运行的方法及阻抗电压对负载分配的影响。2.6.2项目的相关知识三相变压器并联运行时联接情况如图2-30所示。图2-30变压器的并联运行1．并联运行变压器的理想运行情况：

（1）空载时每一台变压器副边电流都为零，与单独空载运行时一样，各台变压器间无环流。（2）负载运行时各台变压器分担的负载电流应与它们的容量成正比。2.并联运行的变压器应满足以下条件：（1）原、副边额定电压相同，变比相等。（2）连接组别相同。（3）短路电压(或阻抗值)相等。实际上并联运行的变压器必须满足的是第二个条件，其他两个条件允许稍有出入。2.6.3项目的实现实验线路如图2-31所示。图2-31三相变压器并联连接图上图中的两台三相变压器的低压线圈不用，首先测得原副边极性后，根据变压器的铭牌接成Y/Y接法，将两台变压器的高压线圈并联接电源，中压线圈经开关并联后，再由接负载电阻，选用DT20。为了可以改变变压器Ⅱ的阻抗电压，在变压器Ⅱ的副边串入电抗X，X选用DT22,要注意选用和X的允许电流应大于实验时实际流过的电流。电流表选用DT01。1．两台三相变压器空载投入并联运行的步骤(1)检查变比和联接组接通电源前先打开、，合上，然后接通电源，调节变压器输入电压至额定电压，测出变压器副边电压，若电压相等，则变比相同，测出副边对应相的两端点间的电压均为零，则联接组相同。(2)投入并联运行在满足变比相等和联接组相同的条件后，合上开关，即投入并联运行。2．阻抗电压相等的两台三相变压器并联运行投入并联后，合上负载开关，在保持不变的条件下，逐次增加负载电流，直至其中一台输出电流达到额定值为止，测取、、，共取5—6组数据，记录于表2-4中。表2-4电流记录表（A）（A）（A）除此之外，还存在变比不相等、连接组别不相同、阻抗电压不相等时的并联运行情况，有兴趣的同学可以自行研究。

专题2.7电力变压器的故障诊断和维护教学目标：1）了解电力变压器日常维护要点；2）掌握一般电力变压器故障检测方法。电力变压器是电力系统中应用的重要设备，它的正常运行对系统供电的可靠性具有重要的影响。因此，电力变压器应有专人看护，并定期进行保养和维护工作。2.7.1电力变压器的维护电力变压器维护和保养的日常工作主要有以下几个方面：（1）监视变压器是否额定运行，超差值是否在允许的范围之内；（2）注意变压器的运行声音是否有变化；（3）观察储油柜的油位，其油色高度不能低于油面线；（4）观察油温是否超标，其油色是否有变化；（5）检查油箱有无渗油、漏油等现象；（6）检查绝缘套管有无裂痕和放电迹象及其他的异常现象；（7）观察接地线及其附属设备的状况是否正常。2.7.2电力变压器的常见故障及检修

1．电力变压器的常见故障与保护（1）电力变压器的常见故障可以归纳为：①绕组故障：绕组绝缘受潮、绝缘老化、层间或匝间发生短路；绕组与外部接线连接不好引起局部过热；电力系统短路引起绕组机械损伤；冲击电流引起的机械损伤等。

②铁芯故障：硅钢片间绝缘老化；铁芯叠装不良引起铁耗增加；夹件松动引起电磁振动或噪声；铁芯接地不良形成间歇性放电等。③变压器油的故障：绝缘油高温氧化、绝缘性能降低造成闪络放电；油泥沉积堵塞油道使散热性能变坏等。④其他机构的故障：邮箱漏油；防爆管出现故障或油受潮，分接头接触不良引起局部过热；分接头间因油污造成相间短路或表面闪络等。（2）变压器的保护装置①瓦斯保护：作为变压器邮箱内部故障的主保护及油面降低保护。

②过电流保护：作为变压器外部短路的过流保护，也作为变压器内部短路的后备保护。③纵差保护：作为变压器内部绕组，绝缘套管及引出线相间短路的主保护。④零序电流保护：当变压器中性点接地时，作为单相接地保护。⑤过负荷保护：当变压器过负荷时发出信号。在无人值守的变电所内，也用于跳闸或自动切除部分负荷。

2．电力变压器的故障检修变压器的故障检查方法：运行中的变压器，易发生的故障是绕组故障，约占故障的60%-70%。变压器在发生故障时，一般会以温升、异常声响、警报、气体及继电器保护动作等现象在外观上表现出来，应从以下几方面检查：

（1）检查变压器有无异常声响和气味，温度指示值是否超出规定，储油柜油位是否正常，防爆膜是否破裂，箱外有无漏油，一二次引线接头是否因过热而变色，绝缘套管是否完好。（2）小型电力变压器应检查熔丝规格是否符合要求；有无局部损伤或接触不良。（3）检查瓦斯继电器中有无气体产生。检查继电保护是否按规定的电流和整定的时限发出信号或跳闸。专题2.8特殊变压器教学目标：1）了解自耦变压器电压电流及容量关系；2）掌握电压互感器和电流互感器的连接图及使用注意事项；3）了解电焊变压器。2.8.1自耦变压器1．外形与结构原、副边共用一部分绕组的变压器叫自耦变压器。自耦变压器有单相的，也有三相的。与双绕组变压器一样，单相自耦变压器的电磁关系，也适用于对称运行的三相自耦变压器的每一相。单相自耦变压器外形如图2-32所示，图2-33所示为其原理图，图中标出了各电磁量的参考方向。这是一台降压的自耦变压器，原绕组匝数大于副绕组匝数，绕组ax段为高、低压共用段，叫公共绕组。图2-32单相自耦变压器外形图图2-33单相自耦变压器原理图2.电压、电流及容量关系（1）电压关系自耦变压器与双绕组变压器一样，也有主磁通和漏磁通，主磁通在绕组中产生感应电动势和。由于主磁通比漏磁通大很多，且绕组电阻很小，因此可忽略漏阻抗压降，只考虑主磁通的作用。这样，当原边接在额定电压上，空载时副边的端电压为，它们的关系是式中，称为自耦变压器的变比。（2）电流关系同双绕组变压器一样，自耦变压器带负载时，由于电源电压保持额定值，主磁通为常数，因此，也有同样的磁势平衡关系，即。分析负载运行时，可忽略，则有或因此，自耦变压器负载运行时，原、副边电压及电流之比，与双绕组变压器的关系相同。由原理图可以看出由上可知，与相位总是相差180°，而与总是同相位，所以、、的大小关系为：因此，自耦变压器的输出电流由两部分组成，其中串联绕组的电流是由于高、低压绕组之间有电的联系，从高压侧直接流入低压侧的，公共绕组流过的电流是通过电磁感应作用传递到低压侧的。（3）容量关系变压器的额定容量（或铭牌容量）和绕组容量（或电磁容量）是不相等的，额定容量指的是总的输入或输出容量。即绕组容量指的是该绕组的电压与电流的乘积。对于双绕组变压器，原绕组的绕组容量就是变压器输入容量，副绕组的绕组容量就是变压器的输出容量，都等于变压器额定容量。但是对变压器来说，绕组容量与变压器容量不等，前者比后者小。从图2-35的原理图可以看出，串联绕组Aa段的绕组为

公共绕组ax段的绕组容量为：

显然，公共绕组ax和串联绕组Aa的绕组容量相等。自耦变压器的额定容量；由此可知：自耦变压器的额定容量包含两部分：一是，为绕组容量，它实际上是以串联绕组为一次侧，以公共绕组为二次侧的一个双绕组变压器，通过电磁感应作用从一次侧传递到二次侧的容量；二是，它是通过电路上的连接，从一次侧直接传递到二次侧的容量，称为传导容量。传导容量不需要利用电磁感应来传递，所以变压器的绕组容量小于额定容量。3、自耦变压器的优缺点（1）自耦变压器与双绕组变压器比较，具有以下优点：（1）自耦变压器与双绕组变压器比较，具有以下优点：①自耦变压器绕组容量较额定容量小，双绕组变压器额定容量与绕组容量相等，所以，在额定容量相等的情况下，自耦变压器的体积小，重量轻，成本低；②变压器有效材料消耗较少，铜耗和铁耗减少，效率较高；③自耦变压器因为体积较小，运输和安装也更加方便。（2）自耦变压器的主要缺点有：①自耦变压器的短路阻抗较小，因此短路电流较大；②自耦变压器高、低压回路没有隔离，高压侧故障会直接影响到低压侧，给低压侧的绝缘及安全用电带来一定的困难。为了解决上述问题，需要采取一些措施，例如中性点必须可靠接地，一、二次侧安装避雷器等。2.8.2仪用互感器电力系统中用来测量高电压